热敏电阻在单片机实用教程中的应用

热敏电阻是市面上常见的测温传感器，在电子设备尤其是家用电器中使用非常广泛。热敏电阻是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。本实例所用的是NTC。

1.热敏电阻的计算公式

热敏电阻温度和阻值有如下的经验公式：

R_T=R_NexpB（1/T-1/T_N）（5-2）

式中R_T——在温度T（K）时的NTC阻值；

R_N——在额定温度T_N（K）时的NTC阻值，通常T_N取25℃；

T——规定温度（K）；

B——NTC的材料常数，又叫做热敏指数，出厂的时候就确定，常见的有3380、3950等，一般范围在2000～6000之间；

exp——以自然数e为底的指数（e=2.71828…）。

该关系式是经验公式，只在额定温度T_N或额定电阻阻值R_N的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数B本身也是温度T的函数。

2.建立热敏电阻的分度表

由于热敏电阻的计算公式比较复杂，而且单片机一般不提供复杂的运算指令，本书讲的51单片机只有最基本的加减运算指令。如果要编程实现式（5-2）的算法，程序将变得非常复杂难编。而且，就算经过努力完成了这个算法，整个单片机系统的运行速度也将被这个算法拖累，实时性受到影响。因此我们一般采用查表法来解决以上矛盾。我们以B值3380，25℃时R_N等于10kΩ的NTC为例来说明一下分度表的建立过程。

1）利用Excel软件和经验公式建立温度与阻值对应表格，如图5-21所示。其中第一列为温度值，第二、第三列为对应电阻值（两列阻值其实相同，不同在于单位一个是Ω，另一个是kΩ）。最上方的公式栏显示的是25℃时温度与阻值的对应公式。(www.xing528.com)

2）根据测温电路和相应电阻值计算出对应电压值，送入模拟量转换通道。常用的热敏电阻测温电路非常简单，分为上拉式和下拉式两种（见图5-22）。如果电源电压为V_CC，热敏电阻值为R_T，上拉（下拉）电阻值为R。电压的计算公式为

下拉式

U=R·V_CC/（R_T+R）（5-3）

图5-21 热敏电阻温度阻值对应图

上拉式U=R_T·V_CC/（R_T+R）（5-4）

根据这两个公式，我们可以求出每个温度对应电压值。

图5-22 热敏电阻常用测温电路

3）通过式（5-3）或式（5-4）可以计算出每个温度对应的电压值，但是单片机无法直接检测模拟量，所以必须借助A-D转换器来完成这项工作。我们以之前讲的ADC0809为例，假设它的参考电压为V_ref，由式（5-3）可得到每个温度对应转换值。如果各位读者觉得这样一个个计算太麻烦，我们还是可以通过Excel软件的公式计算功能来得到这些值。如果还嫌麻烦，可以下载类似于“单片机工具.exe”这类专用工具软件来计算。这类工具软件只要将Excel软件算好的RT值复制到窗体，然后进行简单设置，就可以得到常用编程语言所需的表格了。其具体软件界面如图5-23所示，使用非常方便。

图5-23 单片机工具软件界面